視差画像取得装置
【課題】小型な構成で、大幅なコストアップを伴わず、良好な画質の視差画像を取得することのできる、単眼光学系を備えた視差画像取得装置を提供する。
【解決手段】レンズ筐体と、レンズ筐体に設置された複数のレンズを有し、撮像素子上に被写体像を結像する撮像光学系と、撮像光学系の前面に配置される光学面を有し、第１被写体像を与える第１光軸と第２被写体像を与える第２光軸のいずれかを撮像光学系が有するように光学面を調整する光軸可変部材と、を有し、第１被写体像と第２被写体像は、被写体の視差画像となる。
【解決手段】レンズ筐体と、レンズ筐体に設置された複数のレンズを有し、撮像素子上に被写体像を結像する撮像光学系と、撮像光学系の前面に配置される光学面を有し、第１被写体像を与える第１光軸と第２被写体像を与える第２光軸のいずれかを撮像光学系が有するように光学面を調整する光軸可変部材と、を有し、第１被写体像と第２被写体像は、被写体の視差画像となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視差画像取得装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２Ｄ映像（２次元画像）よりも３Ｄ映像（立体画像）の方が、臨場感が高く、驚きや興奮を増す効果が大きいことから、様々な市場において映像を立体画像で鑑賞したいという強いニーズがある。一方、撮影装置の小型化を図るとともにコストアップを避けるため、単眼レンズで立体像を取得する提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１において、光学系内のレンズをシフトさせて視差画像を取得する方法が提案されている。特許文献１記載のステレオ画像生成方法では、光軸上に複数配置されたレンズのうち、少なくとも１つのレンズを光軸に垂直な平面内でシフトさせて、視差画像を撮影する。
【０００４】
また、特許文献２は、鏡枠全体を駆動させて視差画像を取得する方法を提案している。特許文献２記載の立体画像形成装置では、被写体とそれを撮影する撮像部の相対位置を変化させる移動手段を備え、被写体を第１の方向及び第２の方向から撮影し、これら２つの方向から撮影した画像を同一の媒体上に作像する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４１３８１号公報
【特許文献２】特開平９−１７１２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のステレオ画像生成方法においては、レンズをシフトすることによる光学性能の低下が考えられ、視差画像が取得できたとしても画質が低下するおそれがある。
また、特許文献２の立体画像形成装置においては、まず、装置が大型化してしまうという問題がある。さらに、鏡枠全体を動かすことから、２つの方向からの撮影に大きな時間ずれが発生するため、デジタルカメラのような観賞用画像を取得する装置には向いていない。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型な構成で、大幅なコストアップを伴わず、良好な画質の視差画像を取得することのできる、単一の光学系で視差画像を取得できる装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る視差画像取得装置は、レンズ筐体と、レンズ筐体に設置された複数のレンズを有し、撮像素子上に被写体像を結像する撮像光学系と、撮像光学系の前面に配置される光学面を有し、第１被写体像を与える第１光軸と第２被写体像を与える第２光軸のいずれかを撮像光学系が有するように光学面を調整する光軸可変部材と、を有し、第１被写体像と第２被写体像は、被写体の視差画像となることを特徴としている。
【０００９】
本発明に係る視差画像取得装置において、光軸可変部材は、１つの第１入射平面と１つの第１射出平面をもち、撮像光学系の前面に配置される、第１光学素子と、第１光学素子を駆動する駆動部と、を有し、第１入射平面と第１射出平面は、互いに所定の角度をなしていることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る視差画像取得装置において、所定の角度は、０．１°以上、３°以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る視差画像取得装置において、第１光学素子は、光学ガラス部材であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る視差画像取得装置において、第１光学素子は、樹脂部材であることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る視差画像取得装置において、駆動部は、第１被写体像を与えるとき第１光学素子を撮像光学系の前面に挿入して、第２被写体像を与えるとき第１光学素子を撮像光学系の前面から待避させることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る視差画像取得装置において、光軸可変部材は、１つの第２入射平面と１つの第２射出平面をもち、第１光学素子に隣接して配置される、第２光学素子をさらに有し、駆動部は、第２光学素子をさらに駆動し、第２入射平面と第２射出平面は、互いに所定の角度をなしており、第１光学素子と第２光学素子は、被写体と撮像素子を通る軸に対して対称であることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る視差画像取得装置において、駆動部は、第１被写体像が撮られるとき、第１光学素子を撮像光学系の前面に挿入するとともに第２光学素子を撮像光学系の前面から待避させ、第２被写体像が撮られるとき、第１光学素子を撮像光学系の前面から待避させるとともに第２光学素子を撮像光学系の前面に挿入することが好ましい。
【００１６】
本発明に係る視差画像取得装置において、駆動部は、第１光学素子および第２光学素子を固定する台座部と、台座部に回転運動を付勢する回転付勢部と、を有することが好ましい。
【００１７】
本発明に係る視差画像取得装置において、第１被写体像と第２被写体像は、被写体の水平方向の視差画像となることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る視差画像取得装置において、撮像光学系は共軸光学系であることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る視差画像取得装置において、撮像光学系は折り曲げ系であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る視差画像取得装置は、小型で安価な構成で良好な画質の視差画像を取得でき、これにより高品質の立体画像を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態におけるレンズモジュールのレンズ筐体内の構成を示す、光軸Ａｘに沿った断面図である。
【図３】第１実施形態におけるレンズモジュールのレンズ筐体のより具体的な内部構成を側方から見た図である。
【図４】図３を前方から見た図である。
【図５】視差画像を取得するときの第１実施形態に係るデジタルカメラを側面から見た概念図である。
【図６】第１実施形態における視差画像取得方法の流れを示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係るレンズモジュールのレンズ筐体のより具体的な内部構成を側方から見た図である。
【図８】図７を前方から見た図である。
【図９】第３実施形態に係る視差画像取得装置の光学系の構成を示す断面図である。
【図１０】第４実施形態に係る視差画像取得装置の光学系の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る視差画像取得装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
本発明に係る視差画像取得装置では、光学系の前面にくさびプリズムを配置し、このくさびプリズムの屈折作用によって、視差画像を生成している。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るデジタルカメラ１００の構成を示すブロック図である。
視差画像取得装置としてのデジタルカメラ１００は、レンズモジュール１１０と、このレンズモジュール１１０が脱着可能なカメラボディ１７０と、を備える。
レンズモジュール１１０は、レンズ筐体１１０ａ中に、撮像光学系としての複数のレンズ（フォーカスレンズ）１１１、１１２、１１３と、第１光学素子としてのくさびプリズム１２１と、撮像素子１２０と、が第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３の光軸Ａｘに沿って配置された構成を備える。さらに、レンズ筐体１１０ａ内には、くさびプリズム１２１を駆動する駆動部としての部材駆動部１５５が配置されている。
【００２４】
カメラボディ１７０は、３Ｄフォーマット変換部１４２、出力処理部１４３、記録部１４４、指示部１４５、システム制御部１５０、及び部材制御部１５４を備える。
【００２５】
第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３は、物体側から像側へ順に配置されており、システム制御部１５０からの指示信号にしたがって、不図示のレンズ駆動部によって光軸Ａｘに沿って駆動される。
第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３は、撮像素子１２０上に被写体像を結像する。撮像素子１２０は撮像面に結像された被写体像を光電変換し電気的な画像信号を生成する。
【００２６】
３Ｄフォーマット変換部１４２は、指示部１４５が３Ｄモードを選択すると、システム制御部１５０によって３Ｄモードに設定される。３Ｄフォーマット変換部１４２は、設定されたモードに対応し、３Ｄフォーマット変換を行い、撮像素子１２０が取得した視差画像から立体画像を生成する。３Ｄフォーマット変換としては、例えば、ＳＩＤＥ ＢＹ ＳＩＤＥ、ＬＩＮＥ ＢＹ ＬＩＮＥ、ＡＢＯＶＥ−ＢＥＬＯＷ、ＣＨＥＣＫＥＲＢＯＡＲＤを用いる。
【００２７】
出力処理部１４３は、画像処理部１４０により表示用に処理された画像（３Ｄフォーマット変換された画像を含む）を、ＴＶ等の外部表示装置への画像出力を行う。さらに、このデジタルカメラ１００の操作に係るメニューの表示などを行う表示デバイスへの画像出力処理も行う。
【００２８】
記録部１４４は、３Ｄフォーマット変換部１４２により３Ｄフォーマットに変換された画像データを不揮発に記憶するものであり、例えばメモリカードなどのデジタルカメラ１００の外部に搬出し得るリムーバブルメモリとして構成されている。従って、記録部１４４は、デジタルカメラ１００に固有の構成でなくても構わない。
【００２９】
指示部１４５は、デジタルカメラ１００に対する操作入力を行うためのユーザーインタフェースであり、電源のオン／オフを指示するための電源ボタンや撮影開始を指示するための撮影ボタン、３Ｄモード等を設定するための撮像モード設定ボタン、その他各種の設定ボタンなどを含む。
【００３０】
部材駆動部１５５は、くさびプリズム１２１が固定された台座部１３１と、この台座部１３１を駆動軸１３２（図４）の周りに回転運動可能とする回転付勢部１３３と、を備える。
部材制御部１５４は、システム制御部１５０からの指示信号にしたがって、部材駆動部１５５へ制御信号を出力する。この制御信号を受けた部材駆動部１５５は、くさびプリズム１２１が光軸Ａｘ上にある位置と光軸Ａｘから外れた位置のいずれかに配置されるように、回転付勢部１３３を回転駆動する。
ここで、くさびプリズム１２１及び部材駆動部１５５は、光軸可変部材を構成する。
【００３１】
図２は、レンズモジュール１１０のレンズ筐体１１０ａ内の構成を示す、光軸Ａｘに沿った断面図である。図２は、くさびプリズム１２１が光軸Ａｘ上に配置された状態を示している。なお、図２においては部材駆動部１５５の図示を省略している。図３は、レンズモジュール１１０のレンズ筐体１１０ａのより具体的な内部構成を側方から見た図である。図４は、図３を前方から見た図である。なお、図３は、くさびプリズム１２１が光軸Ａｘ上にある状態を示している。
【００３２】
くさびプリズム１２１は、屈折率１．５近傍のガラス部材が好ましく、例えば、ＢＫ７などの硝材で構成する。このくさびプリズム１２１は、第１レンズ１１１の前面側に配置された光学面として、第１入射平面１２２及び第１射出平面１２３を有する。第１入射平面１２２及び第１射出平面１２３は、光軸Ａｘに沿って前方から順に配置され、互いに所定の角度θをなしている。したがって、光線が空気中からくさびプリズム１２１へ入射すると屈折作用によって屈折し、さらに、射出面でも屈折作用により屈折するため、入射側と射出側で光線の角度を変えることができる。この角度θは、０．１°以上３°以下であれば、色収差の発生を低減することができるため、この角度範囲が望ましい。また、くさびプリズム１２１は、物体側から第１レンズ１１１への入射側に配置されることが望ましい。
ここで、前側は物体側であり、後ろ側は像面側としている。
【００３３】
回転付勢部１３３の回動により、台座部１３１に支持されたくさびプリズム１２１は、光軸Ａｘ上にある位置（図４の位置Ｐ１）と光軸Ａｘから外れた位置（図４の位置Ｐ２）のいずれかに配置される。このため、くさびプリズム１２１の位置により、物体側から第１レンズ１１１へ入射する光線の角度を変えることができる。すなわち、部材駆動部１５５の駆動によって光軸Ａｘに対するくさびプリズム１２１の光学面の位置を調整することにより、くさびプリズム１２１が光軸Ａｘ上にあるときは、撮像素子１２０に対して第１被写体像を与える第１光軸が構成され、くさびプリズム１２１が光軸Ａｘから外れた位置にあるときは、撮像素子１２０に対して、第１被写体像とは異なる第２被写体像を与える第２光軸が構成される。前者では、くさびプリズム１２１に入射した光線Ｌ１（図２）は、くさびプリズム１２１において屈折して射出した後に光軸Ａｘに沿って第１光軸上を進行し、後者では、光線Ｌ２（図２）は、撮像素子１２０に対して垂直な第２光軸に沿って光軸Ａｘ上を進行する。これにより、第１被写体像と第２被写体像では視差が生じるため、これらの被写体像は被写体の視差画像となり、これら２枚の画像を再生することによって立体視が可能となる。ここで得られる視差画像は、くさびプリズム１２１の形状及び配置方向にしたがって、水平方向（図１〜図３の左右方向）の視差画像となるが、くさびプリズム１２１の形状及び配置方向を変更することによって水平以外の所望の方向の視差画像を得ることもできる。
【００３４】
次に、図５、図６を参照しつつ、デジタルカメラ１００を用いた視差画像取得方法について説明する。ここで、図５は、視差画像を取得するときのデジタルカメラ１００を側面から見た概念図である。図６は、視差画像取得方法の流れを示すフローチャートである。図５においては、レンズモジュール１１０に入射する光線は簡略に表示している。
【００３５】
ユーザーが指示部１４５を操作することにより、カメラが起動され、撮影モード（静止画）が設定されると、撮像開始となる。つづいて、既存のカメラと同様のため詳細な説明は省略するが、ユーザーは、撮影環境及び撮影するモードに対応して撮像条件を設定する。撮像条件としては、例えば、絞り、シャッタースピード、ＩＳＯ感度、焦点距離がある。
【００３６】
次に、システム制御部１５０は、ユーザーが選択したモードが３Ｄモードであるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。選択されたのが２Ｄ（２次元）モードであれば（ステップＳ１０１でＮ）、立体撮像せずに、既存の２Ｄカメラのように撮像する（ステップＳ２０１）。
【００３７】
これに対して、３Ｄモードが選択された場合（ステップＳ１０１でＹ）、立体撮像可能な状態に移行する。
ＡＥ（自動露出）、ＡＦ（オートフォーカス）、及びＡＷＢ（オートホワイトバランス）の処理は、既存の方式で実行し、スルー画表示を行う（ステップＳ１０２）。
ここで、ＡＥ、ＡＦ、ＡＷＢについては、既存の方式で行うため、説明を省略している。
【００３８】
つづいて、システム制御部１５０は、レリーズボタンが半押しされたかどうかを判断する（ステップＳ１０３）。レリーズボタンが半押しされない間（ステップＳ１０３でＮ）は、ＡＥ、ＡＦ、及びＡＷＢの処理（ステップＳ１０２）を繰り返し実行して、処理結果を順次更新する。
【００３９】
レリーズボタンが半押しされた場合（ステップＳ１０３でＹ）は、ＡＥ、ＡＦ、及びＡＷＢの処理を実行する（ステップＳ１０４）。この処理は、ステップＳ１０２と同様に既存の方式で実行し、記録部１４４に格納する。
【００４０】
以上のステップＳ１０２〜Ｓ１０４までの処理は、レリーズボタンが全押しされるまでの間（ステップＳ１０５でＮである間）、繰り返される。
ユーザーによってレリーズボタンが全押しされると（ステップＳ１０５でＹ）、システム制御部１５０は、立体撮像の第１の画像の取得（第１の撮影）を実行する（ステップＳ１０６）。ここで、第１の画像は、くさびプリズム１２１を光軸Ａｘ上から外れた位置に配置した状態で取得する上記第２被写体像としている。また、第１の撮影は、くさびプリズム１２１を介さずに第１レンズ１１１に光線が入射するため、通常の２Ｄ撮影と同様の画像が得られる。
【００４１】
第１の撮影が終了すると、システム制御部１５０は、光線制御部材として部材駆動部１５５を駆動させてくさびプリズム１２１を光軸Ａｘ上に配置（ステップＳ１０７）し、立体撮像の第２の画像の取得（第２の撮影）を実行する（ステップＳ１０８）。ここで、第２の画像は、くさびプリズム１２１が光軸Ａｘ上にある状態で取得する上記第１被写体像としている。
【００４２】
第２の撮影（ステップＳ１０８）が終了すると、システム制御部１５０は、部材駆動部１５５を駆動させてくさびプリズム１２１を光軸Ａｘ上から外れた位置に移動させるように、部材制御部１５４へ指示信号を送出する（ステップＳ１１１）。
また、システム制御部１５０は、３Ｄフォーマット変換部１４２に、第１の撮影及び第２の撮影で取得した画像について３Ｄフォーマット変換を実行させる（ステップＳ１０９）。変換されたデータは記録部１４４に記録される（ステップＳ１１０）。
【００４３】
以上のように保存された、視差のある画像（第１被写体像及び第２被写体像）を出力処理部１４３から外部表示装置へ出力して再生させると、立体視することが可能となる。デジタルカメラ１００においては、台座部１３１に支持されたくさびプリズム１２１を第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３の光軸Ａｘ上に出し入れすることにより、２つの光軸を切り替える構成であり、光軸Ａｘに沿った光軸が共通する共軸光学系であるため、装置が大型化することがなく、かつ、良質な画質の視差画像を取得することができる。
【００４４】
（第２実施形態）
図７、図８を参照しつつ第２実施形態に係る視差画像取得装置について説明する。
第２実施形態に係る視差画像取得装置においては、２つの光軸可変部材を用いている点が第１実施形態に係る視差画像取得装置と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る視差画像取得装置と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用し、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
図７は、第２実施形態に係るレンズモジュール２１０のレンズ筐体２１０ａのより具体的な内部構成を側方から見た図である。図８は、図７を前方から見た図である。なお、図７は、第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２が第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３の光軸Ａｘ上にある状態を示している。
【００４６】
レンズモジュール２１０は、レンズ筐体２１０ａ中に、撮像光学系としての複数のレンズ（フォーカスレンズ）１１１、１１２、１１３と、第１光学素子としての第１くさびプリズム２２１と、第２光学素子としての第２くさびプリズム２２２と、撮像素子１２０と、が第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３の光軸Ａｘに沿って配置された構成を備える。なお、図７、図８においては、撮像素子１２０の図示を省略している。
【００４７】
さらに、レンズ筐体２１０ａ内には、第１くさびプリズム２２１を駆動する第１部材駆動部２５５と、第２くさびプリズム２２２を駆動する第２部材駆動部２５６と、が配置されている。
第１部材駆動部２５５は、第１くさびプリズム２２１が固定された第１台座部２３１と、この第１台座部２３１を第１駆動軸２３２の周りに回転運動可能とする第１回転付勢部２３３と、を備える。第２部材駆動部２５６は、第２くさびプリズム２２２が固定された第２台座部２４１と、この第２台座部２４１を第２駆動軸２４２の周りに回転運動可能とする第２回転付勢部２４３と、を備える。
【００４８】
第１部材駆動部２５５及び第２部材駆動部２５６は、部材制御部１５４（図１）から制御信号を受けて第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２をそれぞれ、光軸Ａｘ上に配置し、又は、光軸Ａｘ上から退避させる駆動部である。第１部材駆動部２５５及び第２部材駆動部２５６は、第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２をそれぞれ回動させる別個の駆動部としてもよいし、第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２の回動に共通の駆動部としてもよい。
ここで、第１くさびプリズム２２１及び第１部材駆動部２５５、並びに、第２くさびプリズム２２２及び第２部材駆動部２５６は、それぞれが光軸可変部材を構成する。
【００４９】
第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２はそれぞれ、屈折率１．５近傍のガラス部材が好ましく、例えば、ＢＫ７などの硝材で構成する。
第１くさびプリズム２２１は、第１レンズ１１１の前面側に配置された光学面として、第１入射平面２２１ａ及び第１射出平面２２１ｂを有する。第１入射平面２２１ａ及び第１射出平面２２１ｂは、光軸Ａｘに沿って前方から順に配置され、互いに所定の角度θをなしている。
また、第２くさびプリズム２２２は、第１レンズ１１１の前面側に配置された光学面として、第２入射平面２２２ａ及び第２射出平面２２２ｂを有する。第２入射平面２２２ａ及び第２射出平面２２２ｂは、光軸Ａｘに沿って前方から順に配置され、互いに所定の角度θをなしている。
【００５０】
第２くさびプリズム２２２は、第１くさびプリズム２２１よりも前側に配置されている。第１くさびプリズム２２１と第２くさびプリズム２２２は、ともに光軸Ａｘ上に配置したときにくさび形状が互い違いになるように配置されている。また、第１くさびプリズム２２１と第２くさびプリズム２２２は、被写体と撮像素子１２０を通る軸である光軸Ａｘに対して対称となるように配置される。
【００５１】
第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２においては、それぞれ、空気中から入射した光線は屈折作用によって屈折し、さらに、射出面でも屈折作用によりそれぞれ屈折するため、入射側と射出側で光線の角度を変えることができる。角度θは、０．１°以上３°以下であれば、色収差の発生を低減することができるため、この角度範囲が望ましい。また、第１くさびプリズム２２１、第２くさびプリズム２２２は、物体側から第１レンズ１１１への入射側に配置されることが望ましい。
【００５２】
第１回転付勢部２３３は、部材制御部１５４からの制御信号にしたがって、第１駆動軸２３２の周りを回動するように駆動される。この第１回転付勢部２３３の回動により、第１台座部２３１に支持された第１くさびプリズム２２１は、光軸Ａｘ上にある位置（図８の位置Ｐ１１）と光軸Ａｘから外れた位置（図８の位置Ｐ１２）のいずれかに配置される。また、第２回転付勢部２４３は、部材制御部１５４からの制御信号にしたがって、第２駆動軸２４２の周りを回動するように駆動される。この第２回転付勢部２４３の回動により、第２台座部２４１に支持された第２くさびプリズム２２２は、光軸Ａｘ上にある位置（図８の位置Ｐ２１）と光軸Ａｘから外れた位置（図８の位置Ｐ２２）のいずれかに配置される。
【００５３】
このような第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２の動きにより、物体側から第１レンズ１１１へ入射する光線の角度を変えることができる。すなわち、第１部材駆動部２５５及び第２部材駆動部２５６の駆動によって、光軸Ａｘに対する第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２の光学面の位置を調整することにより、例えば、第１くさびプリズム２２１が光軸Ａｘ上にあり、かつ、第２くさびプリズム２２２が光軸Ａｘ上から退避しているときは、撮像素子１２０に対して第１被写体像を与える第１光軸が構成され、第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２が光軸Ａｘ上にあるときは、撮像素子１２０に対して、第１被写体像とは異なる第２被写体像を与える第２光軸が構成される。前者では、第１くさびプリズム２２１に入射した光線は、撮像素子１２０の撮像面に対して垂直ではない第１光軸に沿って、第１くさびプリズム２２１において屈折して射出した後に撮像素子１２０へ向けて進行し、後者では、光線は、撮像素子１２０に対して垂直な第２光軸に沿って光軸Ａｘ上を進行する。これにより、第１被写体像と第２被写体像では視差が生じるため、これら２枚の画像を再生することによって立体視が可能となる。
なお、第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２の光軸Ａｘに対する位置は、上述した例に限定されず、第１光軸及び第２光軸は第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２の位置にしたがって任意に定めることができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００５４】
（第３実施形態）
図９は、第３実施形態に係る視差画像取得装置の光学系の構成を示す断面図である。
第３実施形態に係る視差画像取得装置においては、光学系として折り曲げ光学系を用いている点が第１実施形態に係る視差画像取得装置と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る視差画像取得装置と同様であって、同じ部材についてはその詳細な説明は省略する。
【００５５】
図９に示すように、第３実施形態における第１光学素子としてのくさびプリズム３２１（光軸可変部材）は、第１実施形態のくさびプリズム１２１と同様の構成であって、折り曲げ光学系３０１の最も物体側の面の前側に配置されている。このくさびプリズム３２１は、第１実施形態のくさびプリズム１２１と同様に台座部１３１によって支持されており、部材駆動部１５５が駆動されることにより、くさびプリズム３２１は折り曲げ光学系３０１の光軸Ａｘ２上の位置、又は光軸Ａｘ２から外れた位置に配置される。これにより、くさびプリズム３２１が光軸Ａｘ２上にあるときは、撮像素子１２０に対して第１被写体像を与える第１光軸が構成され、くさびプリズム３２１が光軸Ａｘから外れた位置にあるときは、撮像素子１２０に対して、第１被写体像とは異なる第２被写体像を与える第２光軸が構成される。第１被写体像と第２被写体像では視差が生じるため、これら２枚の画像を再生することによって立体視が可能となる。
【００５６】
ここで、第２実施形態と同様に、第２光学素子としてのくさびプリズムを追加して、２つのくさびプリズムを用いて第１光軸及び第２光軸を構成してもよい。
また、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００５７】
（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態に係る視差画像取得装置の光学系の構成を示す断面図である。
第４実施形態に係る視差画像取得装置においては、第１光学素子としてＤＯＥ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）を用いる点が第１実施形態に係る視差画像取得装置と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る視差画像取得装置と同様であって、同じ部材についてはその詳細な説明は省略する。
【００５８】
ＤＯＥ４２１は、第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３の光軸Ａｘに垂直な方向に沿って複数の溝が互いに平行になるように形成された回折格子である。ＤＯＥ４２１は、第１レンズ１１１の前面側に配置されており、光の回折現象を利用して入射する光線を制御する。入射した光線は次数に応じて回折する角度が違うが、溝の形状により、特定次数の回折効率を高めることができる。すなわち、入射した光線の角度を特定の角度に偏向することが可能となる。したがって、図１０のように、光学系の前面にＤＯＥ４２１を配置することで、光軸の角度を制御し、視差画像を取得することが可能となる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明に係る視差画像取得装置は、小型な構成で、大幅なコストアップを伴わずに良好な画質の視差画像を取得する面で有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１００ デジタルカメラ
１１０ レンズモジュール
１１０ａ レンズ筐体
１１１ 第１レンズ
１１２ 第２レンズ
１１３ 第３レンズ
１２０ 撮像素子
１２１ くさびプリズム
１２２ 第１入射平面
１２３ 第１射出平面
１３１ 台座部
１３２ 駆動軸
１３３ 回転付勢部
１４０ 画像処理部
１４２ ３Ｄフォーマット変換部
１４３ 出力処理部
１４４ 記録部
１４５ 指示部
１５０ システム制御部
１５４ 部材制御部
１５５ 部材駆動部
１７０ カメラボディ
２１０ レンズモジュール
２１０ａ レンズ筐体
２２１ 第１くさびプリズム
２２１ａ 第１入射平面
２２１ｂ 第１射出平面
２２２ 第２くさびプリズム
２２２ａ 第２入射平面
２２２ｂ 第２射出平面
２３１ 第１台座部
２３２ 第１駆動軸
２３３ 第１回転付勢部
２４１ 第２台座部
２４２ 第２駆動軸
２４３ 第２回転付勢部
２５５ 第１部材駆動部
２５６ 第２部材駆動部
３０１ 折り曲げ光学系
３２１ くさびプリズム
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視差画像取得装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
２Ｄ映像（２次元画像）よりも３Ｄ映像（立体画像）の方が、臨場感が高く、驚きや興奮を増す効果が大きいことから、様々な市場において映像を立体画像で鑑賞したいという強いニーズがある。一方、撮影装置の小型化を図るとともにコストアップを避けるため、単眼レンズで立体像を取得する提案がなされている。
【０００３】
例えば、特許文献１において、光学系内のレンズをシフトさせて視差画像を取得する方法が提案されている。特許文献１記載のステレオ画像生成方法では、光軸上に複数配置されたレンズのうち、少なくとも１つのレンズを光軸に垂直な平面内でシフトさせて、視差画像を撮影する。
【０００４】
また、特許文献２は、鏡枠全体を駆動させて視差画像を取得する方法を提案している。特許文献２記載の立体画像形成装置では、被写体とそれを撮影する撮像部の相対位置を変化させる移動手段を備え、被写体を第１の方向及び第２の方向から撮影し、これら２つの方向から撮影した画像を同一の媒体上に作像する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１０−４１３８１号公報
【特許文献２】特開平９−１７１２２１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、特許文献１のステレオ画像生成方法においては、レンズをシフトすることによる光学性能の低下が考えられ、視差画像が取得できたとしても画質が低下するおそれがある。
また、特許文献２の立体画像形成装置においては、まず、装置が大型化してしまうという問題がある。さらに、鏡枠全体を動かすことから、２つの方向からの撮影に大きな時間ずれが発生するため、デジタルカメラのような観賞用画像を取得する装置には向いていない。
【０００７】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、小型な構成で、大幅なコストアップを伴わず、良好な画質の視差画像を取得することのできる、単一の光学系で視差画像を取得できる装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る視差画像取得装置は、レンズ筐体と、レンズ筐体に設置された複数のレンズを有し、撮像素子上に被写体像を結像する撮像光学系と、撮像光学系の前面に配置される光学面を有し、第１被写体像を与える第１光軸と第２被写体像を与える第２光軸のいずれかを撮像光学系が有するように光学面を調整する光軸可変部材と、を有し、第１被写体像と第２被写体像は、被写体の視差画像となることを特徴としている。
【０００９】
本発明に係る視差画像取得装置において、光軸可変部材は、１つの第１入射平面と１つの第１射出平面をもち、撮像光学系の前面に配置される、第１光学素子と、第１光学素子を駆動する駆動部と、を有し、第１入射平面と第１射出平面は、互いに所定の角度をなしていることが好ましい。
【００１０】
本発明に係る視差画像取得装置において、所定の角度は、０．１°以上、３°以下であることが好ましい。
【００１１】
本発明に係る視差画像取得装置において、第１光学素子は、光学ガラス部材であることが好ましい。
【００１２】
本発明に係る視差画像取得装置において、第１光学素子は、樹脂部材であることが好ましい。
【００１３】
本発明に係る視差画像取得装置において、駆動部は、第１被写体像を与えるとき第１光学素子を撮像光学系の前面に挿入して、第２被写体像を与えるとき第１光学素子を撮像光学系の前面から待避させることが好ましい。
【００１４】
本発明に係る視差画像取得装置において、光軸可変部材は、１つの第２入射平面と１つの第２射出平面をもち、第１光学素子に隣接して配置される、第２光学素子をさらに有し、駆動部は、第２光学素子をさらに駆動し、第２入射平面と第２射出平面は、互いに所定の角度をなしており、第１光学素子と第２光学素子は、被写体と撮像素子を通る軸に対して対称であることが好ましい。
【００１５】
本発明に係る視差画像取得装置において、駆動部は、第１被写体像が撮られるとき、第１光学素子を撮像光学系の前面に挿入するとともに第２光学素子を撮像光学系の前面から待避させ、第２被写体像が撮られるとき、第１光学素子を撮像光学系の前面から待避させるとともに第２光学素子を撮像光学系の前面に挿入することが好ましい。
【００１６】
本発明に係る視差画像取得装置において、駆動部は、第１光学素子および第２光学素子を固定する台座部と、台座部に回転運動を付勢する回転付勢部と、を有することが好ましい。
【００１７】
本発明に係る視差画像取得装置において、第１被写体像と第２被写体像は、被写体の水平方向の視差画像となることが好ましい。
【００１８】
本発明に係る視差画像取得装置において、撮像光学系は共軸光学系であることが好ましい。
【００１９】
本発明に係る視差画像取得装置において、撮像光学系は折り曲げ系であることが好ましい。
【発明の効果】
【００２０】
本発明に係る視差画像取得装置は、小型で安価な構成で良好な画質の視差画像を取得でき、これにより高品質の立体画像を取得することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１実施形態に係るデジタルカメラの構成を示すブロック図である。
【図２】第１実施形態におけるレンズモジュールのレンズ筐体内の構成を示す、光軸Ａｘに沿った断面図である。
【図３】第１実施形態におけるレンズモジュールのレンズ筐体のより具体的な内部構成を側方から見た図である。
【図４】図３を前方から見た図である。
【図５】視差画像を取得するときの第１実施形態に係るデジタルカメラを側面から見た概念図である。
【図６】第１実施形態における視差画像取得方法の流れを示すフローチャートである。
【図７】第２実施形態に係るレンズモジュールのレンズ筐体のより具体的な内部構成を側方から見た図である。
【図８】図７を前方から見た図である。
【図９】第３実施形態に係る視差画像取得装置の光学系の構成を示す断面図である。
【図１０】第４実施形態に係る視差画像取得装置の光学系の構成を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明に係る視差画像取得装置の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下の実施形態によりこの発明が限定されるものではない。
本発明に係る視差画像取得装置では、光学系の前面にくさびプリズムを配置し、このくさびプリズムの屈折作用によって、視差画像を生成している。
【００２３】
（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態に係るデジタルカメラ１００の構成を示すブロック図である。
視差画像取得装置としてのデジタルカメラ１００は、レンズモジュール１１０と、このレンズモジュール１１０が脱着可能なカメラボディ１７０と、を備える。
レンズモジュール１１０は、レンズ筐体１１０ａ中に、撮像光学系としての複数のレンズ（フォーカスレンズ）１１１、１１２、１１３と、第１光学素子としてのくさびプリズム１２１と、撮像素子１２０と、が第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３の光軸Ａｘに沿って配置された構成を備える。さらに、レンズ筐体１１０ａ内には、くさびプリズム１２１を駆動する駆動部としての部材駆動部１５５が配置されている。
【００２４】
カメラボディ１７０は、３Ｄフォーマット変換部１４２、出力処理部１４３、記録部１４４、指示部１４５、システム制御部１５０、及び部材制御部１５４を備える。
【００２５】
第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３は、物体側から像側へ順に配置されており、システム制御部１５０からの指示信号にしたがって、不図示のレンズ駆動部によって光軸Ａｘに沿って駆動される。
第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３は、撮像素子１２０上に被写体像を結像する。撮像素子１２０は撮像面に結像された被写体像を光電変換し電気的な画像信号を生成する。
【００２６】
３Ｄフォーマット変換部１４２は、指示部１４５が３Ｄモードを選択すると、システム制御部１５０によって３Ｄモードに設定される。３Ｄフォーマット変換部１４２は、設定されたモードに対応し、３Ｄフォーマット変換を行い、撮像素子１２０が取得した視差画像から立体画像を生成する。３Ｄフォーマット変換としては、例えば、ＳＩＤＥ ＢＹ ＳＩＤＥ、ＬＩＮＥ ＢＹ ＬＩＮＥ、ＡＢＯＶＥ−ＢＥＬＯＷ、ＣＨＥＣＫＥＲＢＯＡＲＤを用いる。
【００２７】
出力処理部１４３は、画像処理部１４０により表示用に処理された画像（３Ｄフォーマット変換された画像を含む）を、ＴＶ等の外部表示装置への画像出力を行う。さらに、このデジタルカメラ１００の操作に係るメニューの表示などを行う表示デバイスへの画像出力処理も行う。
【００２８】
記録部１４４は、３Ｄフォーマット変換部１４２により３Ｄフォーマットに変換された画像データを不揮発に記憶するものであり、例えばメモリカードなどのデジタルカメラ１００の外部に搬出し得るリムーバブルメモリとして構成されている。従って、記録部１４４は、デジタルカメラ１００に固有の構成でなくても構わない。
【００２９】
指示部１４５は、デジタルカメラ１００に対する操作入力を行うためのユーザーインタフェースであり、電源のオン／オフを指示するための電源ボタンや撮影開始を指示するための撮影ボタン、３Ｄモード等を設定するための撮像モード設定ボタン、その他各種の設定ボタンなどを含む。
【００３０】
部材駆動部１５５は、くさびプリズム１２１が固定された台座部１３１と、この台座部１３１を駆動軸１３２（図４）の周りに回転運動可能とする回転付勢部１３３と、を備える。
部材制御部１５４は、システム制御部１５０からの指示信号にしたがって、部材駆動部１５５へ制御信号を出力する。この制御信号を受けた部材駆動部１５５は、くさびプリズム１２１が光軸Ａｘ上にある位置と光軸Ａｘから外れた位置のいずれかに配置されるように、回転付勢部１３３を回転駆動する。
ここで、くさびプリズム１２１及び部材駆動部１５５は、光軸可変部材を構成する。
【００３１】
図２は、レンズモジュール１１０のレンズ筐体１１０ａ内の構成を示す、光軸Ａｘに沿った断面図である。図２は、くさびプリズム１２１が光軸Ａｘ上に配置された状態を示している。なお、図２においては部材駆動部１５５の図示を省略している。図３は、レンズモジュール１１０のレンズ筐体１１０ａのより具体的な内部構成を側方から見た図である。図４は、図３を前方から見た図である。なお、図３は、くさびプリズム１２１が光軸Ａｘ上にある状態を示している。
【００３２】
くさびプリズム１２１は、屈折率１．５近傍のガラス部材が好ましく、例えば、ＢＫ７などの硝材で構成する。このくさびプリズム１２１は、第１レンズ１１１の前面側に配置された光学面として、第１入射平面１２２及び第１射出平面１２３を有する。第１入射平面１２２及び第１射出平面１２３は、光軸Ａｘに沿って前方から順に配置され、互いに所定の角度θをなしている。したがって、光線が空気中からくさびプリズム１２１へ入射すると屈折作用によって屈折し、さらに、射出面でも屈折作用により屈折するため、入射側と射出側で光線の角度を変えることができる。この角度θは、０．１°以上３°以下であれば、色収差の発生を低減することができるため、この角度範囲が望ましい。また、くさびプリズム１２１は、物体側から第１レンズ１１１への入射側に配置されることが望ましい。
ここで、前側は物体側であり、後ろ側は像面側としている。
【００３３】
回転付勢部１３３の回動により、台座部１３１に支持されたくさびプリズム１２１は、光軸Ａｘ上にある位置（図４の位置Ｐ１）と光軸Ａｘから外れた位置（図４の位置Ｐ２）のいずれかに配置される。このため、くさびプリズム１２１の位置により、物体側から第１レンズ１１１へ入射する光線の角度を変えることができる。すなわち、部材駆動部１５５の駆動によって光軸Ａｘに対するくさびプリズム１２１の光学面の位置を調整することにより、くさびプリズム１２１が光軸Ａｘ上にあるときは、撮像素子１２０に対して第１被写体像を与える第１光軸が構成され、くさびプリズム１２１が光軸Ａｘから外れた位置にあるときは、撮像素子１２０に対して、第１被写体像とは異なる第２被写体像を与える第２光軸が構成される。前者では、くさびプリズム１２１に入射した光線Ｌ１（図２）は、くさびプリズム１２１において屈折して射出した後に光軸Ａｘに沿って第１光軸上を進行し、後者では、光線Ｌ２（図２）は、撮像素子１２０に対して垂直な第２光軸に沿って光軸Ａｘ上を進行する。これにより、第１被写体像と第２被写体像では視差が生じるため、これらの被写体像は被写体の視差画像となり、これら２枚の画像を再生することによって立体視が可能となる。ここで得られる視差画像は、くさびプリズム１２１の形状及び配置方向にしたがって、水平方向（図１〜図３の左右方向）の視差画像となるが、くさびプリズム１２１の形状及び配置方向を変更することによって水平以外の所望の方向の視差画像を得ることもできる。
【００３４】
次に、図５、図６を参照しつつ、デジタルカメラ１００を用いた視差画像取得方法について説明する。ここで、図５は、視差画像を取得するときのデジタルカメラ１００を側面から見た概念図である。図６は、視差画像取得方法の流れを示すフローチャートである。図５においては、レンズモジュール１１０に入射する光線は簡略に表示している。
【００３５】
ユーザーが指示部１４５を操作することにより、カメラが起動され、撮影モード（静止画）が設定されると、撮像開始となる。つづいて、既存のカメラと同様のため詳細な説明は省略するが、ユーザーは、撮影環境及び撮影するモードに対応して撮像条件を設定する。撮像条件としては、例えば、絞り、シャッタースピード、ＩＳＯ感度、焦点距離がある。
【００３６】
次に、システム制御部１５０は、ユーザーが選択したモードが３Ｄモードであるか否かを判断する（ステップＳ１０１）。選択されたのが２Ｄ（２次元）モードであれば（ステップＳ１０１でＮ）、立体撮像せずに、既存の２Ｄカメラのように撮像する（ステップＳ２０１）。
【００３７】
これに対して、３Ｄモードが選択された場合（ステップＳ１０１でＹ）、立体撮像可能な状態に移行する。
ＡＥ（自動露出）、ＡＦ（オートフォーカス）、及びＡＷＢ（オートホワイトバランス）の処理は、既存の方式で実行し、スルー画表示を行う（ステップＳ１０２）。
ここで、ＡＥ、ＡＦ、ＡＷＢについては、既存の方式で行うため、説明を省略している。
【００３８】
つづいて、システム制御部１５０は、レリーズボタンが半押しされたかどうかを判断する（ステップＳ１０３）。レリーズボタンが半押しされない間（ステップＳ１０３でＮ）は、ＡＥ、ＡＦ、及びＡＷＢの処理（ステップＳ１０２）を繰り返し実行して、処理結果を順次更新する。
【００３９】
レリーズボタンが半押しされた場合（ステップＳ１０３でＹ）は、ＡＥ、ＡＦ、及びＡＷＢの処理を実行する（ステップＳ１０４）。この処理は、ステップＳ１０２と同様に既存の方式で実行し、記録部１４４に格納する。
【００４０】
以上のステップＳ１０２〜Ｓ１０４までの処理は、レリーズボタンが全押しされるまでの間（ステップＳ１０５でＮである間）、繰り返される。
ユーザーによってレリーズボタンが全押しされると（ステップＳ１０５でＹ）、システム制御部１５０は、立体撮像の第１の画像の取得（第１の撮影）を実行する（ステップＳ１０６）。ここで、第１の画像は、くさびプリズム１２１を光軸Ａｘ上から外れた位置に配置した状態で取得する上記第２被写体像としている。また、第１の撮影は、くさびプリズム１２１を介さずに第１レンズ１１１に光線が入射するため、通常の２Ｄ撮影と同様の画像が得られる。
【００４１】
第１の撮影が終了すると、システム制御部１５０は、光線制御部材として部材駆動部１５５を駆動させてくさびプリズム１２１を光軸Ａｘ上に配置（ステップＳ１０７）し、立体撮像の第２の画像の取得（第２の撮影）を実行する（ステップＳ１０８）。ここで、第２の画像は、くさびプリズム１２１が光軸Ａｘ上にある状態で取得する上記第１被写体像としている。
【００４２】
第２の撮影（ステップＳ１０８）が終了すると、システム制御部１５０は、部材駆動部１５５を駆動させてくさびプリズム１２１を光軸Ａｘ上から外れた位置に移動させるように、部材制御部１５４へ指示信号を送出する（ステップＳ１１１）。
また、システム制御部１５０は、３Ｄフォーマット変換部１４２に、第１の撮影及び第２の撮影で取得した画像について３Ｄフォーマット変換を実行させる（ステップＳ１０９）。変換されたデータは記録部１４４に記録される（ステップＳ１１０）。
【００４３】
以上のように保存された、視差のある画像（第１被写体像及び第２被写体像）を出力処理部１４３から外部表示装置へ出力して再生させると、立体視することが可能となる。デジタルカメラ１００においては、台座部１３１に支持されたくさびプリズム１２１を第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３の光軸Ａｘ上に出し入れすることにより、２つの光軸を切り替える構成であり、光軸Ａｘに沿った光軸が共通する共軸光学系であるため、装置が大型化することがなく、かつ、良質な画質の視差画像を取得することができる。
【００４４】
（第２実施形態）
図７、図８を参照しつつ第２実施形態に係る視差画像取得装置について説明する。
第２実施形態に係る視差画像取得装置においては、２つの光軸可変部材を用いている点が第１実施形態に係る視差画像取得装置と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る視差画像取得装置と同様であって、同じ部材については同じ参照符号を使用し、その詳細な説明は省略する。
【００４５】
図７は、第２実施形態に係るレンズモジュール２１０のレンズ筐体２１０ａのより具体的な内部構成を側方から見た図である。図８は、図７を前方から見た図である。なお、図７は、第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２が第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３の光軸Ａｘ上にある状態を示している。
【００４６】
レンズモジュール２１０は、レンズ筐体２１０ａ中に、撮像光学系としての複数のレンズ（フォーカスレンズ）１１１、１１２、１１３と、第１光学素子としての第１くさびプリズム２２１と、第２光学素子としての第２くさびプリズム２２２と、撮像素子１２０と、が第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３の光軸Ａｘに沿って配置された構成を備える。なお、図７、図８においては、撮像素子１２０の図示を省略している。
【００４７】
さらに、レンズ筐体２１０ａ内には、第１くさびプリズム２２１を駆動する第１部材駆動部２５５と、第２くさびプリズム２２２を駆動する第２部材駆動部２５６と、が配置されている。
第１部材駆動部２５５は、第１くさびプリズム２２１が固定された第１台座部２３１と、この第１台座部２３１を第１駆動軸２３２の周りに回転運動可能とする第１回転付勢部２３３と、を備える。第２部材駆動部２５６は、第２くさびプリズム２２２が固定された第２台座部２４１と、この第２台座部２４１を第２駆動軸２４２の周りに回転運動可能とする第２回転付勢部２４３と、を備える。
【００４８】
第１部材駆動部２５５及び第２部材駆動部２５６は、部材制御部１５４（図１）から制御信号を受けて第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２をそれぞれ、光軸Ａｘ上に配置し、又は、光軸Ａｘ上から退避させる駆動部である。第１部材駆動部２５５及び第２部材駆動部２５６は、第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２をそれぞれ回動させる別個の駆動部としてもよいし、第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２の回動に共通の駆動部としてもよい。
ここで、第１くさびプリズム２２１及び第１部材駆動部２５５、並びに、第２くさびプリズム２２２及び第２部材駆動部２５６は、それぞれが光軸可変部材を構成する。
【００４９】
第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２はそれぞれ、屈折率１．５近傍のガラス部材が好ましく、例えば、ＢＫ７などの硝材で構成する。
第１くさびプリズム２２１は、第１レンズ１１１の前面側に配置された光学面として、第１入射平面２２１ａ及び第１射出平面２２１ｂを有する。第１入射平面２２１ａ及び第１射出平面２２１ｂは、光軸Ａｘに沿って前方から順に配置され、互いに所定の角度θをなしている。
また、第２くさびプリズム２２２は、第１レンズ１１１の前面側に配置された光学面として、第２入射平面２２２ａ及び第２射出平面２２２ｂを有する。第２入射平面２２２ａ及び第２射出平面２２２ｂは、光軸Ａｘに沿って前方から順に配置され、互いに所定の角度θをなしている。
【００５０】
第２くさびプリズム２２２は、第１くさびプリズム２２１よりも前側に配置されている。第１くさびプリズム２２１と第２くさびプリズム２２２は、ともに光軸Ａｘ上に配置したときにくさび形状が互い違いになるように配置されている。また、第１くさびプリズム２２１と第２くさびプリズム２２２は、被写体と撮像素子１２０を通る軸である光軸Ａｘに対して対称となるように配置される。
【００５１】
第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２においては、それぞれ、空気中から入射した光線は屈折作用によって屈折し、さらに、射出面でも屈折作用によりそれぞれ屈折するため、入射側と射出側で光線の角度を変えることができる。角度θは、０．１°以上３°以下であれば、色収差の発生を低減することができるため、この角度範囲が望ましい。また、第１くさびプリズム２２１、第２くさびプリズム２２２は、物体側から第１レンズ１１１への入射側に配置されることが望ましい。
【００５２】
第１回転付勢部２３３は、部材制御部１５４からの制御信号にしたがって、第１駆動軸２３２の周りを回動するように駆動される。この第１回転付勢部２３３の回動により、第１台座部２３１に支持された第１くさびプリズム２２１は、光軸Ａｘ上にある位置（図８の位置Ｐ１１）と光軸Ａｘから外れた位置（図８の位置Ｐ１２）のいずれかに配置される。また、第２回転付勢部２４３は、部材制御部１５４からの制御信号にしたがって、第２駆動軸２４２の周りを回動するように駆動される。この第２回転付勢部２４３の回動により、第２台座部２４１に支持された第２くさびプリズム２２２は、光軸Ａｘ上にある位置（図８の位置Ｐ２１）と光軸Ａｘから外れた位置（図８の位置Ｐ２２）のいずれかに配置される。
【００５３】
このような第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２の動きにより、物体側から第１レンズ１１１へ入射する光線の角度を変えることができる。すなわち、第１部材駆動部２５５及び第２部材駆動部２５６の駆動によって、光軸Ａｘに対する第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２の光学面の位置を調整することにより、例えば、第１くさびプリズム２２１が光軸Ａｘ上にあり、かつ、第２くさびプリズム２２２が光軸Ａｘ上から退避しているときは、撮像素子１２０に対して第１被写体像を与える第１光軸が構成され、第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２が光軸Ａｘ上にあるときは、撮像素子１２０に対して、第１被写体像とは異なる第２被写体像を与える第２光軸が構成される。前者では、第１くさびプリズム２２１に入射した光線は、撮像素子１２０の撮像面に対して垂直ではない第１光軸に沿って、第１くさびプリズム２２１において屈折して射出した後に撮像素子１２０へ向けて進行し、後者では、光線は、撮像素子１２０に対して垂直な第２光軸に沿って光軸Ａｘ上を進行する。これにより、第１被写体像と第２被写体像では視差が生じるため、これら２枚の画像を再生することによって立体視が可能となる。
なお、第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２の光軸Ａｘに対する位置は、上述した例に限定されず、第１光軸及び第２光軸は第１くさびプリズム２２１及び第２くさびプリズム２２２の位置にしたがって任意に定めることができる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００５４】
（第３実施形態）
図９は、第３実施形態に係る視差画像取得装置の光学系の構成を示す断面図である。
第３実施形態に係る視差画像取得装置においては、光学系として折り曲げ光学系を用いている点が第１実施形態に係る視差画像取得装置と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る視差画像取得装置と同様であって、同じ部材についてはその詳細な説明は省略する。
【００５５】
図９に示すように、第３実施形態における第１光学素子としてのくさびプリズム３２１（光軸可変部材）は、第１実施形態のくさびプリズム１２１と同様の構成であって、折り曲げ光学系３０１の最も物体側の面の前側に配置されている。このくさびプリズム３２１は、第１実施形態のくさびプリズム１２１と同様に台座部１３１によって支持されており、部材駆動部１５５が駆動されることにより、くさびプリズム３２１は折り曲げ光学系３０１の光軸Ａｘ２上の位置、又は光軸Ａｘ２から外れた位置に配置される。これにより、くさびプリズム３２１が光軸Ａｘ２上にあるときは、撮像素子１２０に対して第１被写体像を与える第１光軸が構成され、くさびプリズム３２１が光軸Ａｘから外れた位置にあるときは、撮像素子１２０に対して、第１被写体像とは異なる第２被写体像を与える第２光軸が構成される。第１被写体像と第２被写体像では視差が生じるため、これら２枚の画像を再生することによって立体視が可能となる。
【００５６】
ここで、第２実施形態と同様に、第２光学素子としてのくさびプリズムを追加して、２つのくさびプリズムを用いて第１光軸及び第２光軸を構成してもよい。
また、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【００５７】
（第４実施形態）
図１０は、第４実施形態に係る視差画像取得装置の光学系の構成を示す断面図である。
第４実施形態に係る視差画像取得装置においては、第１光学素子としてＤＯＥ（Ｄｉｆｆｒａｃｔｉｖｅ ｏｐｔｉｃａｌ ｅｌｅｍｅｎｔ）を用いる点が第１実施形態に係る視差画像取得装置と異なる。その他の構成は第１実施形態に係る視差画像取得装置と同様であって、同じ部材についてはその詳細な説明は省略する。
【００５８】
ＤＯＥ４２１は、第１レンズ１１１、第２レンズ１１２、及び第３レンズ１１３の光軸Ａｘに垂直な方向に沿って複数の溝が互いに平行になるように形成された回折格子である。ＤＯＥ４２１は、第１レンズ１１１の前面側に配置されており、光の回折現象を利用して入射する光線を制御する。入射した光線は次数に応じて回折する角度が違うが、溝の形状により、特定次数の回折効率を高めることができる。すなわち、入射した光線の角度を特定の角度に偏向することが可能となる。したがって、図１０のように、光学系の前面にＤＯＥ４２１を配置することで、光軸の角度を制御し、視差画像を取得することが可能となる。
なお、その他の構成、作用、効果については、第１実施形態と同様である。
【産業上の利用可能性】
【００５９】
以上のように、本発明に係る視差画像取得装置は、小型な構成で、大幅なコストアップを伴わずに良好な画質の視差画像を取得する面で有用である。
【符号の説明】
【００６０】
１００ デジタルカメラ
１１０ レンズモジュール
１１０ａ レンズ筐体
１１１ 第１レンズ
１１２ 第２レンズ
１１３ 第３レンズ
１２０ 撮像素子
１２１ くさびプリズム
１２２ 第１入射平面
１２３ 第１射出平面
１３１ 台座部
１３２ 駆動軸
１３３ 回転付勢部
１４０ 画像処理部
１４２ ３Ｄフォーマット変換部
１４３ 出力処理部
１４４ 記録部
１４５ 指示部
１５０ システム制御部
１５４ 部材制御部
１５５ 部材駆動部
１７０ カメラボディ
２１０ レンズモジュール
２１０ａ レンズ筐体
２２１ 第１くさびプリズム
２２１ａ 第１入射平面
２２１ｂ 第１射出平面
２２２ 第２くさびプリズム
２２２ａ 第２入射平面
２２２ｂ 第２射出平面
２３１ 第１台座部
２３２ 第１駆動軸
２３３ 第１回転付勢部
２４１ 第２台座部
２４２ 第２駆動軸
２４３ 第２回転付勢部
２５５ 第１部材駆動部
２５６ 第２部材駆動部
３０１ 折り曲げ光学系
３２１ くさびプリズム
【特許請求の範囲】
【請求項１】
レンズ筐体と、
前記レンズ筐体に設置された複数のレンズを有し、撮像素子上に被写体像を結像する撮像光学系と、
前記撮像光学系の前面に配置される光学面を有し、第１被写体像を与える第１光軸と第２被写体像を与える第２光軸のいずれかを前記撮像光学系が有するように前記光学面を調整する光軸可変部材と、
を有し、
前記第１被写体像と前記第２被写体像は、前記被写体の視差画像となることを特徴とする視差画像取得装置。
【請求項２】
前記光軸可変部材は、
１つの第１入射平面と１つの第１射出平面をもち、前記撮像光学系の前面に配置される、第１光学素子と、
前記第１光学素子を駆動する駆動部と、
を有し、
前記第１入射平面と前記第１射出平面は、互いに所定の角度をなしていることを特徴とする請求項１に記載の視差画像取得装置。
【請求項３】
前記所定の角度は、０．１°以上、３°以下であることを特徴とする請求項２に記載の視差画像取得装置。
【請求項４】
前記第１光学素子は、光学ガラス部材であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の視差画像取得装置。
【請求項５】
前記第１光学素子は、樹脂部材であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の視差画像取得装置。
【請求項６】
前記駆動部は、前記第１被写体像を与えるとき前記第１光学素子を前記撮像光学系の前面に挿入して、前記第２被写体像を与えるとき前記第１光学素子を前記撮像光学系の前面から待避させることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
【請求項７】
前記光軸可変部材は、１つの第２入射平面と１つの第２射出平面をもち、前記第１光学素子に隣接して配置される、第２光学素子をさらに有し、
前記駆動部は、前記第２光学素子をさらに駆動し、
前記第２入射平面と前記第２射出平面は、互いに前記所定の角度をなしており、
前記第１光学素子と前記第２光学素子は、前記被写体と前記撮像素子を通る軸に対して対称であることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
【請求項８】
前記駆動部は、前記第１被写体像が撮られるとき、前記第１光学素子を前記撮像光学系の前面に挿入するとともに前記第２光学素子を前記撮像光学系の前面から待避させ、前記第２被写体像が撮られるとき、前記第１光学素子を前記撮像光学系の前面から待避させるとともに前記第２光学素子を前記撮像光学系の前面に挿入することを特徴とする請求項７に記載の視差画像取得装置。
【請求項９】
前記駆動部は、前記第１光学素子および前記第２光学素子を固定する台座部と、前記台座部に回転運動を付勢する回転付勢部と、を有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の視差画像取得装置。
【請求項１０】
前記第１被写体像と前記第２被写体像は、前記被写体の水平方向の視差画像となることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
【請求項１１】
前記撮像光学系は共軸光学系であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
【請求項１２】
前記撮像光学系は折り曲げ系であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
【請求項１】
レンズ筐体と、
前記レンズ筐体に設置された複数のレンズを有し、撮像素子上に被写体像を結像する撮像光学系と、
前記撮像光学系の前面に配置される光学面を有し、第１被写体像を与える第１光軸と第２被写体像を与える第２光軸のいずれかを前記撮像光学系が有するように前記光学面を調整する光軸可変部材と、
を有し、
前記第１被写体像と前記第２被写体像は、前記被写体の視差画像となることを特徴とする視差画像取得装置。
【請求項２】
前記光軸可変部材は、
１つの第１入射平面と１つの第１射出平面をもち、前記撮像光学系の前面に配置される、第１光学素子と、
前記第１光学素子を駆動する駆動部と、
を有し、
前記第１入射平面と前記第１射出平面は、互いに所定の角度をなしていることを特徴とする請求項１に記載の視差画像取得装置。
【請求項３】
前記所定の角度は、０．１°以上、３°以下であることを特徴とする請求項２に記載の視差画像取得装置。
【請求項４】
前記第１光学素子は、光学ガラス部材であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の視差画像取得装置。
【請求項５】
前記第１光学素子は、樹脂部材であることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の視差画像取得装置。
【請求項６】
前記駆動部は、前記第１被写体像を与えるとき前記第１光学素子を前記撮像光学系の前面に挿入して、前記第２被写体像を与えるとき前記第１光学素子を前記撮像光学系の前面から待避させることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
【請求項７】
前記光軸可変部材は、１つの第２入射平面と１つの第２射出平面をもち、前記第１光学素子に隣接して配置される、第２光学素子をさらに有し、
前記駆動部は、前記第２光学素子をさらに駆動し、
前記第２入射平面と前記第２射出平面は、互いに前記所定の角度をなしており、
前記第１光学素子と前記第２光学素子は、前記被写体と前記撮像素子を通る軸に対して対称であることを特徴とする請求項２から請求項５のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
【請求項８】
前記駆動部は、前記第１被写体像が撮られるとき、前記第１光学素子を前記撮像光学系の前面に挿入するとともに前記第２光学素子を前記撮像光学系の前面から待避させ、前記第２被写体像が撮られるとき、前記第１光学素子を前記撮像光学系の前面から待避させるとともに前記第２光学素子を前記撮像光学系の前面に挿入することを特徴とする請求項７に記載の視差画像取得装置。
【請求項９】
前記駆動部は、前記第１光学素子および前記第２光学素子を固定する台座部と、前記台座部に回転運動を付勢する回転付勢部と、を有することを特徴とする請求項７又は請求項８に記載の視差画像取得装置。
【請求項１０】
前記第１被写体像と前記第２被写体像は、前記被写体の水平方向の視差画像となることを特徴とする請求項１から請求項９のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
【請求項１１】
前記撮像光学系は共軸光学系であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
【請求項１２】
前記撮像光学系は折り曲げ系であることを特徴とする請求項１から請求項１０のいずれか１項に記載の視差画像取得装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１３−２００５１（Ｐ２０１３−２００５１Ａ）
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１５２６４２（Ｐ２０１１−１５２６４２）
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年１月３１日（２０１３．１．３１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年７月１１日（２０１１．７．１１）
【出願人】（００００００３７６）オリンパス株式会社 (11,466)
【Ｆターム（参考）】
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